甲醇合成塔设计说明书
甲醇合成塔正文
3.2．管板表面带极堆焊
甲醇合成塔的上、下管板管 程侧表面要求进行耐腐蚀材料堆 焊，堆焊焊接材料各不相同 ： 过渡层309L+耐蚀层308L； 过渡层309L+耐蚀层347； 过渡层309L+耐蚀层2209； 过 渡 层 309L+ 耐 蚀 层 309LMo ； EQNiCrMo-3（Inconel 625）；
甲醇合成塔制造过程工艺难点： 2205双相不锈钢材料的焊接 ； 管板表面带极堆焊 ； 中间管板与筒体焊接 ； 设备各部分的焊后热处理 。
3.1．2205双相不锈钢的焊接
对于2205型双相不锈钢材料， 焊接材料选用Ni含量比母材高一级 的ER2209氩弧焊丝，以获得较高比 例的奥氏体；焊接过程必须采用适 当的热输入保证焊接接头获得好的 奥氏体相变并防止金属间沉淀相的 析出，从而使焊接接头具有良好的 机械性能和耐腐蚀性能。
甲醇合成塔结构示意图
2．主体材料介绍
2.1 13MnNiMoNbR材料，交货状态 为正火加回火，材料焊接性能分析 ： Ceq=C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Cu+Ni)/15
2.2 SAF2205奥氏体－铁素体双相 不锈钢材料，耐点蚀系数： PRE=Cr+3.3Mo+16N
3．甲醇合成塔焊接制造工艺
3.3．中间管板与筒体焊接
甲醇合成塔产品结构最大特点是具 有中间管板，其与筒体焊接结构形式分 为以下三种： A. 管板与筒体T型全焊透角接； B. 加强筒体锻件与管板对接； C. 碗形管板锻件与两侧筒体对接；
中间管板筒体连接形式
3.4．设备各部分的焊后热处理
甲醇合成塔封头、壳体材质按照标 准要求，设备焊后必须进行消除应力热 处理，换热管材质为SAF2205不能经历主 体材料的焊后消除应力热处理过程，所 以必须对甲醇合成塔各部件分别进行热 处理，最终合拢焊缝采用电加热器进行 局部热处理。
关于年产40万吨煤制甲醇合成塔设计
摘要甲醇不单单是一种有机物燃料也是化工生产的重要原料，有很大的市场。
且随着甲醇汽油在国内的推广使用，未来甲醇的下游需要量肯定会大量增加。
甲醇汽油的推广及劣质煤生产甲醇都能缓解现在的环境问题。
甲醇不仅作为最有希望代替汽油的清洁燃料，而且由于其在许多工业生产中使用范围广，使的人们越来越关注甲醇的发展。
甲醇反应合成塔是合成甲醇的过程中最重要的一个设备，它的选择是否经济、合理将直接影响甲醇生产。
本设计选用的甲醇合成塔是德国Lurgi公司的固定管板列管甲醇合成反应器双塔并联生产，采用低压合成法工艺，使用国产的XNC-98型催化剂进行设计。
本论文对年产40万吨甲醇合成塔进行设计。
对合成塔进行了物料和热量衡算。
关键词：甲醇；合成塔；设计；衡算目录摘要 (I)目录............................................................... I I 第一章绪论.. (1)1.2甲醇的性质及用途 (1)1.2.1甲醇的性质 (1)1.2.2甲醇的用途 (1)1.3国内外研究现状 (2)1.4设计的目的和意义 (3)第二章甲醇的合成 (5)2.1制备方法 (5)2.2甲醇合成工艺的选择 (5)2.3甲醇合成塔的选择 (6)2.3.1国内外常用的甲醇合成反应器 (6)2.3.2甲醇合成塔的选用原则 (7)2.4甲醇合成催化剂的选用 (7)第三章工艺计算 (9)3.1甲醇合成工艺 (9)3.2甲醇合成塔的物料衡算 (9)3.2.1基础数据 (9)3.2.2合成塔的物料衡算 (10)3.3热量衡算 (16)3.3.1合成塔的热平衡计算 (16)3.3.2甲醇水冷器的热量计算 (20)第4章甲醇合成塔的设计计算 (23)4.1甲醇合成工艺参数 (23)4.2传热面积的计算 (23)4.3催化剂用量的计算 (23)4.4传热管数的计算 (23)4.5管子排列方式，管间距的计算 (24)4.6壳体直径的计算 (24)4.7合成塔壳体厚度的计算 (24)4.8合成塔封头的计算 (25)4.9封头与壳体的连接形式 (25)4.10反应管与管板的连接结构设计 (25)4.11管法兰的选用 (25)4.12管子拉脱力的计算 (25)4.13折流板的计算 (27)4.14管板的计算 (27)4.15容器的开孔补强 (27)4.16支座的计算 (27)4.17人孔的计算 (27)结论 (29)参考文献 (30)致谢 (33)第一章绪论1.2甲醇的性质及用途1.2.1甲醇的性质甲醇（Methanol，CH₃OH）又名木醇是重要的化工原料和燃料，是结构最为简单的饱和一元醇[1]。
甲醇合成塔的设计
甲醇合成塔的设计公司标准化编码 [QQX96QT-XQQB89Q8-NQQJ6Q8-MQM9N]甲醇合成塔的设计Design of carbinol Synthetic Tower摘要：本文针对设备DN3400甲醇合成塔的设计要点进行了详细论述。
详细介绍了大直径不带法兰的立式列管固定床甲醇合成塔材料和加热方式的选择，以及各主要部件结构的设计特点。
Abstract: This text introduces the main point of designing de DN3400 carbinol synthetic tower, describes the section of material and heating method used to fabricate large diameter- non-flange, vertical pipe line carbinol synthetic tower. This text also explains the structure design character of the main components and parts.关键词：甲醇合成塔；工作原理；结构设计特点Key Words: Carbinol synthetic tower working theory structure design character1．引言甲醇工业始20世纪初，到20世纪60年代，甲醇工业取得重大进展。
1966年英国ICI公司首先推出了低压甲醇合成工艺—ICI工艺，此为低压法生产甲醇的开端。
所有中、低压法甲醇装置工艺过程类似，在压力为~、温度205℃~275℃操作。
各种工艺的主要区别在于反应器的设计、反应热的移走及回收利用方式的不同，另外，所用的催化剂亦有差异。
国内低压甲醇装置建设始于20世纪70年代，最早引进的是ICI公司的冷激型低压甲醇合成塔装置，数量不多。
年产60万吨煤制甲醇合成工艺设计说明书 (1)
《过程装备成套技术》课程设计煤制甲醇合成工段工艺流程及典型题目设备的设计组别第四组姓名学号院(系) 化学与化工学院专业过程装备与控制工程指导教师高勇日期2016年6月27日至2016年7月3日目录1甲醇的合成 (1)1.1甲醇合成的基本原理 (1)1.1.1甲醇合成反应步骤 (1)1.1.2合成甲醇的化学反应 (1)1.2甲醇合成催化剂的选用 (2)1.3铜基催化剂的中毒和寿命 (2)1.4甲醇合成的工艺条件 (2)1.4.1反应温度 (2)1.4.2压力 (2)1.4.3空速 (3)1.4.4气体组成 (3)1.5甲醇合成的工艺流程 (3)1.5.1甲醇合成的方法 (3)1.5.2本设计的合成工艺 (4)1.5.3甲醇合成塔的选择 (4)1.5.4甲醇合成工艺流程 (5)2列管式换热器设计及相关计算 (6)2.1设计任务及操作条件 (6)2.2方案简介 (6)2.3设计方案 (6)2.3.1．确定设计方案 (6)2.3.2确定物性数据 (7)2.3.3计算总传热系数 (7)2.3.4计算传热面积 (8)2.3.5工艺结构尺寸 (9)2.3.6换热器核算 (11)3参考文献 (17)1甲醇的合成1.1甲醇合成的基本原理1.1.1甲醇合成反应步骤对甲醇合成而言，无论是锌铬催化剂还是铜基催化剂，其多相（非匀相）催化过程按下列过程进行：a）扩散——气体自气相扩散到催化剂的界面；b）吸附——各种气体在催化剂的活性表面进行化学吸附，其中CO在Cu2+上吸附，H2在Zn2+上吸附并异裂；c）表面反应——化学吸附的反应物在活性表面上进行反应，生成产物；d）解析——反应产物脱附；e）扩散——反应产物气体自催化剂界面扩散到气相中去；以上五个过程中a、e（扩散）进行得最快，b（吸附）、d（解析）进行的速度较快，而过程c（表面反应）分子在催化剂活性界面的反应速度最慢，因此，整个反应过程取决于表面反应的进行速率［1］。
合成塔)
合成塔介绍LurgiLurgi公司设计的低压甲醇合成塔为管壳式结构，管内装填催化剂，在中低压条件下进行甲醇合成反应，由管间沸水移出热量，并产生中压蒸汽，以控制床层温度，延长催化剂寿命，控制副反应的发生。
其主要性能特点是：采用管内装催化剂，管间走循环沸水，用很大的换热面积来移去反应热，理论上反应时催化剂层温差较小，达到接近等温反应的目的，使合成反应几乎是在等温条件下进行，采用低循环比。
为了适合装置大型化的发展，Lurgi公司对管壳式甲醇合成塔进行了改进，发明了两段等温甲醇合成工艺（气冷-水冷双塔），该工艺有两台管壳式甲醇合成塔组成，第一合成塔采用副产中压蒸气的方式移出反应热，第二台反应器产生的反应热则通过与新鲜合成气逆流换热方式脱除，在第二台反应器中，新鲜合成气在管内通过，反应气走壳层。
目前采用该技术建设的165万吨/年甲醇装置已经投产。
与单个管壳式合成塔工艺相比，两段等温甲醇合成工艺有以下特点：与单台反应塔相比，第一反应器尺寸减少了约50%。
减少了约50%的合成气循环比。
热量回收效率高，减少了冷却成本。
单系列能力可以达到5000吨/天以上。
整个合成回路（包括循环压缩机、热交换器等）的投资减少近40%。
）瑞士卡萨利（Casale）公司最早开发是立式绝热轴径向反应器，其特点是：环形的催化剂床顶端不封闭,侧壁不开孔，造成催化剂床层上部气流的轴向流动，床层主要部分气流为径向流动。
开发的大型轴径向甲醇合成塔的主要结构特点：环形的催化剂床顶端不封闭，侧壁不开孔，造成催化剂床层上部气流的轴向流动;床层主要部分气流为径向流动；催化剂筐的外壁开有不同分布的孔,以保证气流分布；各段床层底部封闭，反应后气体经中心管流入合成塔外的换热器,回收热由于不采用直接冷激，而采用塔外热交换，各床层段出口甲醇浓度较高，所需的床层段数较少。
由于床层阻力降的明显减少（比ICI轴向型塔减），所以可增加合成塔高度和减少壁厚，可选用高径比的塔，以降低造价。
Aspen-plus模拟甲醇、水精馏塔设计说明书
Aspen plus模拟甲醇、水精馏塔设计说明书一、设计题目根据以下条件设计一座分离甲醇、水混合物的连续操作常压精馏塔：生产能力：24500吨精甲醇/年；原料组成：甲醇50%w，水50%w；产品组成：塔顶甲醇质量分率≥94%w；塔底甲醇质量分率 1 %w；进料温度：350.5K；塔顶压力常压；进料状态饱和液体。
二、设计要求对精馏塔进行详细设计，给出下列设计结果并绘制塔设备图，并写出设计说明。
(1).进料、塔顶产物、塔底产物；(2).全塔总塔板数N；最佳加料板位置N F；(3).回流比R；(4).冷凝器和再沸器温度、热负荷；(5).塔内构件塔板或填料的设计。
三、分析及模拟流程1.物料衡算（手算）目的:求解 Aspen 简捷设计模拟的输入条件。
内容:(1)生产能力:一年按300天计算，进料流量为24500/（300*24）=3.40278 t/hr。
(2)原料、塔顶与塔底的组成（题中已给出）：原料组成：甲醇50%w，水50%w；产品:塔顶甲醇≥94%w；塔底甲醇《1% w。
(3).温度及压降：进料温度：77.35摄氏度=350.5K；2.用简捷模块（DSTWU）进行设计计算目的:对精馏塔进行简捷计算，根据给定的加料条件和分离要求计算最小回流比、最小理论板数、理论板数和加料板位置。
3.灵敏度分析目的:研究回流比与理论板数的关系（N T-R），确定合适的回流比与塔板数；研究加料板位置对产品的影响，确定合适的加料板位置。
方法:作回流比与理论塔板数的关系曲线（N T-R），从曲线上找到期望的回流比及塔板数。
4. 用详细计算模块（RadFrac）进行计算目的:精确计算精馏塔的分离能力和设备参数。
方法:用RadFrac模块进行精确计算，通过设计规定(Design Specs)和变化(Vary)两组对象进行设定，检验计算数据是否收敛，计算出塔径等主要尺寸。
5. 塔板设计目的：通过塔板设计(Tray sizing)计算给定板间距下的塔径。
【说明书】甲醇精馏塔设计说明书
【关键字】说明书设计条件如下：操作压力：105.325 Kpa(绝对压力)进料热状况：泡点进料回流比：自定单板压降：≤0.7 Kpa塔底加热蒸气压力：Kpa(表压)全塔效率：ET=47%建厂地址：武汉[设计计算](一)设计方案的确定本设计任务为分离甲醇-水混合物。
对于二元混合物的分离，应采用连续精馏流程。
设计中采用泡点进料，将原料液通过预热器加热至泡点后送入精馏塔内。
塔顶上升蒸气采用全凝器冷凝，冷凝液在泡点下一部分回流至塔内，其余部分经产品冷却后送至储罐。
该物系属易分离物系，最小回流比较小，故操作回流比取最小回流比的2倍。
塔釜采用间接蒸气加热，塔底产品经冷却后送至储罐。
(二)精馏塔的物料衡算1、原料液及塔顶、塔底产品的摩尔分率甲醇的摩尔质量：MA=/Kmol 水的摩尔质量：MB=/KmolxF=32.4%xD=99.47%xW=0.28%2、原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量MF= 32.4%*32+67.6%*18=/KmolMD= 99.47*32+0.53%*18=/KmolMW= 0.28%*32+99.72%*18=/Kmol3、物料衡算原料处理量：F=(3.61*103)/22.54=160.21 Kmol/h总物料衡算：160.21=D+W甲醇物料衡算：160.21*32.4%=D*99.47%+W*0.28%得D=51.88 Kmol/h W=108.33 Kmol/h(三)塔板数的确定1、理论板层数MT的求取甲醇-水属理想物系，可采用图解法求理论板层数①由手册查得甲醇-水物搦的气液平衡数据，绘出x-y图(附表)②求最小回流比及操作回流比采用作图法求最小回流比，在图中对角线上，自点e(0.324，0.324)作垂线ef即为进料线(q线)，该线与平衡线的交战坐标为(xq=0.324,yq=0.675)故最小回流比为Rmin= (xD- yq)/( yq - xq)=0.91取最小回流比为：R=2Rmin=2*0.91=1.82③求精馏塔的气、液相负荷L=RD=1.82*51.88=94.42 Kmol/hV=(R+1)D=2.82*51.88=146.30 Kmol/hL′=L+F=94.42+160.21=254.63 Kmol/hV′=V=146.30 Kmol/h④精馏段操作线方程为：y =(L/V)x + (D/V)xD =(99.42/146.30)x+(51.88/146.30)*99.47%=0.6454x+0.3527提馏段操作线方程为：y′=(L′/V′)x′ + (W/V′)xW=(254.63/146.30) x′-(108.33/146.30)*0.28%=1.7405 x′-0.0021⑤图解法求理论板层数采用图解法求理论板层数(附图)，求解结果为：总理论板层数：NT=13(包括再沸器)进料板位置：NF=10精馏段实际板层数：N精＝9/47%=20 N提＝4/47%=9(四)精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算以精馏段为例进行计算1、塔顶操作压力：P D＝101.3 Kpa每层塔板压降：△P＝0.7 Kpa进料板压力：P F＝105.3+0.7*20＝119.3 Kpa精馏段平均压力：（105.3+119.3）/2＝112.3 Kpa2、操作温度计算依据操作压力，由泡点方程通过试差法计算出泡点温度，其中甲醇、水的饱和蒸气压由安托尼方程计算，计算过程略，计算结果如下：塔顶温度：t D＝64.6℃进料板温度：t F＝76.3℃精馏段平均温度：t M＝70.45℃3、平均摩尔质量计算塔顶平均摩尔质量计算：由x D=y1=0.9947,查y-x曲线（附表），得x1＝0.986M VDm=0.9947*32+(1-0.9947)*18=31.93M LDm=0.9860*32+(1-0.9860)*18=31.80进料板平均摩尔质量计算由图解理论板（附图），得y f=0.607 x F=0.229M VFm=0.607*32+(1-0.607)*18=26.50M LFm=0.229*32+(1-0.229)*18=21.21所以精馏段平均摩尔质量：M Vm=（31.93+26.50）/2=29.22M Lm= (31.80+21.21)/2=26.514、 平均密度计算 ⑴气相密度计算由理想气体状态方程计算，即 ⑵液相平均密度计算液相平均密度依下式计算，即 塔顶液相平均密度的计算 由t D ＝64.6℃ 查手册得， 进料板液相平均密度的计算 由t F ＝76.3℃ 查手册得， 进料板液相的质量分量 ⑶精馏段液相平均密度为： 5、 液体平均表面张力计算⑴液相平均表面张力依下式计算，即 塔顶液相平均表面张力的计算 由t D ＝64.6℃，查手册得⑵进料板液相平均表面张力的计算 由t F ＝76.3℃，查手册得 ⑶精馏段液相平均表面张力为： 6、 平均粘度的计算液相平均粘度依下式计算，即∑=iiL x m μμlg lg⑴塔顶液相平均粘度的计算 由t D ＝64.6℃ 查手册得， ⑵进料板液相平均粘度的计算 由t F ＝76.3℃ 查手册得 ⑶精馏段液相平均表面张力为（五）精馏塔的塔体工艺尺寸计算1、 塔径的计算精馏段的气、液相体积流率为：取板间距H T ＝0.4m ，板上液层高度h L =0.06m ，则H T -h L =0.40-0.06＝0.34m 查史密斯关联图得，C 20＝0.074 取安全系数为0.7，则空塔气速为按标准塔径圆整后，为D=1.0m 塔截面积为22785.04m D A T ==π实际空塔气速为u=1.033/0.785=1.316s m / 2、 精馏塔有效高度的计算精馏段有效高度为Z 精＝（N 精－1）H T ＝（20-1）*0.4＝7.6m 提馏段有效高度为Z 提＝（N 提－1）H T ＝（9-1）*0.4＝3.2m 在进料板上方开2人孔，其高度为0.8m故精馏塔有效高度为Z ＝N 精+N 提+0.8*2＝12.4m（六）塔板主要工艺尺寸的计算1、 溢流装置计算因塔径D ＝1.0m ，可选用单溢流弓形降液管，采用凹形受液盘，各项计算如下：⑴塔长l W =0.66D=0.66m⑵溢流堰高度h W 由h W ＝h L -h OW选用平直堰，堰上液层高度h OW 近似取E ＝1，则取板上清液层高度h L ＝60mm故m h w 33310*07.5210*93.710*60---=-=⑶弓形降液管宽度W d 和截面积A f由l w /D=0.66,查图得 A f /A T =0.0722 W d /D=0.124 验算液体在降液管中停留时间 故降液管设计合理⑷降液管底隙高度h 0 故降液管底隙设计合理选用凹形受液盘，深度wh '=50mm 2、 塔板布置⑴塔板的分块因D ≥800mm ，故塔板采用分块式，且分为3块⑵边缘区宽度确定取m W m W W C S S 035.0065.0=='= ⑶开孔面积A a⑷筛孔计算及其排列本例所处理的物系无腐蚀性，可选用δ＝3mm 碳钢板，取筛孔直径d 0=5mm 筛孔按正三角形排列，取孔中心距t 为 t ＝3d 0＝15 mm筛孔数目n 为个2731015.0532.0*155.1155.122===t A n a 开孔率为%1.10)015.0005.0*907.0)907.0220==（（＝t d ϕ气体通过阀孔的气速为（七）筛板的液体力学验算1、 塔板压降⑴干板阻力h c 计算 干板阻力 )()(051.0200LVc C u h ρρ= 由d 0/δ＝3/5=1.667, 得C 0＝0.772 故液注0448.0)81215.1()772.023.19(051.02==c h ⑵气体通过液层的阻力h l 计算 h l ＝βh L查图得，β=0.59故液柱m h h h h ow w L l 0354.0)10*93.710*07.52(59.0)(33=+=+==--ββ⑶液体表面张力的阻力σh 计算液体表面张力所产生的阻力σh 由下式计算 气体通过每层塔板的液柱高度h P 可按下式计算，即 h P =h c +h l +h σh P =0.0448+0.0354+0.00359=0.084m 液柱 气体通过每层塔板的压降为设计允许值）(7.045.66781.9*812*084.0h P p KPa g L <===∆ρ2、 液面落差对于筛板塔，液面落差很小，且本例的塔径和液流量均不大，故可忽略液面落差的影响。
甲醇合成塔的设计(最新整理)
规格（mm） δ=46(包括冲压减薄量)
δ=42 δ=60+5
φ38X2 δ=90+7
1
补强管锻件 法兰锻件
20MnMoⅢ 20MnMoⅢ
4.3 筒体与管板的焊接结构的设计 根据甲醇合成塔工作程序，在操作反应前
先要将催化剂颗粒装填在每根换热管内，催化剂 需要定期更换，从操作工艺条件上讲管，箱筒体与 管板之间采用法兰连接比较合理，但是由于其 直径较大，如果采用法兰连接将存在以下不利 因素：1）大直径法兰的密封性较难保证，若操作 失误易造成严重泄漏且，大直径法兰的成本造价2；高） 大直径法兰的密封垫片加工困难。为了防止设备 工作过程中的密封泄漏，减少法兰力矩对管板的 影响，降低制造成本，采用不兼做法兰的管板 结构最为合理。 4.4 在设计时将管箱封头处开设人孔并适当增 大管箱空间结构形式, 为了方便安装维修人员进入合成塔内进行催化剂的装填和对 合成塔的检查与维修，同时也节省了设备制造费用。 4.5 为使壳程进入时均匀且稳定地分布，脱盐水入口采用了环形管路和圆扁管入口设 计；同时，在反应管的指定位置上设置安装了防膜弹性挡圈以破坏沸腾液膜，提高传 热膜系数以利于传热。 4.6 反应管与管板的连接结构设计
高不会很高。
6.结束语 甲醇合成塔自设备投产后，运行情况一直良好，说明其选材、设计强度和结构完
全满足产品的工艺要求和生产能力，为同类产品设计提供了参考经验。
参考文献
1 GB150-1998 《钢制压力容器》国家技术监督局 1998-03-20 发布 2 GB151-1999 《管壳式换热器》国家技术监督局 中国标准出版社
头合成气入口处设置气体分布器，在管板的上部装填一层 200mm 高的绝热层催化剂， 绝热层催化剂上部填装耐火球φ8mm。下管板下面装填耐火球φ25mm。
甲醇合成塔的设计
甲醇合成塔的设计Design of carbinol Synthetic Tower摘要：本文针对设备DN3400甲醇合成塔的设计要点进行了详细论述。
详细介绍了大直径不带法兰的立式列管固定床甲醇合成塔材料和加热方式的选择，以及各主要部件结构的设计特点。
Abstract: This text introduces the main point of designing de DN3400 carbinol synthetic tower, describes the section of material and heating method used to fabricate large diameter- non-flange, vertical pipe line carbinol synthetic tower. This text also explains the structure design character of the main components and parts.关键词：甲醇合成塔；工作原理；结构设计特点Key Words: Carbinol synthetic tower working theory structure design character 1．引言甲醇工业始20世纪初，到20世纪60年代，甲醇工业取得重大进展。
1966年英国ICI公司首先推出了低压甲醇合成工艺—ICI工艺，此为低压法生产甲醇的开端。
所有中、低压法甲醇装置工艺过程类似，在压力为5.0Mpa~15.0Mpa、温度205℃~275℃操作。
各种工艺的主要区别在于反应器的设计、反应热的移走及回收利用方式的不同，另外，所用的催化剂亦有差异。
国内低压甲醇装置建设始于20世纪70年代，最早引进的是ICI公司的冷激型低压甲醇合成塔装置，数量不多。
某公司年产50万吨甲醇合成装置采用华东理工大学“绝热—管壳外冷复合式反应器”专利技术，我公司设计、制造的甲醇合成塔是此项目的关键设备，其建成投产后，运行状况一直良好，对兖矿高硫煤能够得到充分有效利用，减少资源浪费，使煤炭行业向高附加值—化工方向转化等方面，具有重要意义。
甲醇工艺(精馏工段)设计说明书
甲醇工艺（精馏工段）设计说明书一概述1甲醇生产的发展概况甲醇生产技术发展很快，近20年来，在原料路线、生产规模、节能降耗、过程控制与优化及与其他化工产品联合生产等发面都有新的突破与进展。
1）原料路线甲醇生产的原料大致有煤、石油、天然气和含H2、CO（或CO2)的工业废气等。
从50年代开始,天然气逐步成为制造甲醇的主要原料，因为它简化了流程，便于输送,降低了成本，目前世界甲醇总产量中约有70％左右是天然气为原料的.但是，随着能源的紧张，如何有效地开发煤炭资源，这是个从未中断过的研究课题，煤气化技术发展迅速，除传统的固定床UGI炉外,固定床鲁奇汽化炉，流化闯温克勒汽化炉，气流床K-T炉，气流床德士古汽化炉的开发均取得进展并都在工业上得到使用.从长远的战略观点来看，世界煤的储藏量远超过天然气和石油。
我国情况更是如此，将来以煤制取甲醇的原料路线终将占主导地位。
2）生产规模甲醇生产技术发展趋势之一是单系列，大型化。
由于高压设备尺寸的限制，50年代以前，甲醇合成塔的单塔生产能力一般不超过100～200t/d，60年代不超过200~300t/d.但近十年来,单系列大型甲醇合成塔不断被开发，并在工业生产中使用，Lurgi管壳型甲醇合成塔单塔生产能力可达2500t/d。
随着由气轮机驱动的大型离心压缩机研制成功,为合成气压缩机、循环机的大型化提供了条件。
国内的甲醇装置的规模偏小，除引进的Lurgi与ICI装置单系列年产10万吨甲醇外，较多中型化肥厂中单系列甲醇装置年产仅3～4万吨。
更有一些单醇与联醇装置年产仅数千吨。
今后必须不断创造条件,增大单系列甲醇装置的生产规模。
3）节能降耗甲醇成本中能源消耗费用占较大比重。
目前,甲醇生产技术改进的重点放在采用低能耗工艺，充分回收和利用能量等方面。
主要方向是研制性能更好的转化与合成催化剂，降低甲醇合成压力，开发新的净化方法，降低燃料消耗。
采用节能型精馏工艺与设备高、中、低位热能的合理配置与低位能热能的合理使用等措施。
甲醇合成塔设计说明书
甲醇合成塔设计说明书目录第一章：设计方案的确定与说明- 3一、设计方案的确定 (3)二、方案说明 (3)第二章：设计计算与校核 (4)一、工艺计算 (4)二、主要接管尺寸计算 (6)三、合成塔的总体结构 (7)第三章：设计计算结果 (9)第一章：设计方案的确定与说明一、设计方案的确定传统的甲醇合成塔主要有一下几种：①三管并流合成塔②单管并流合成塔③ I.C.I 四段冷激式合成塔④三菱瓦斯的四段冷激式合成塔⑤多段径向甲醇合成塔⑥Lurgi 式甲醇合成⑦轴径向甲醇合成塔三管并流合成塔,内件结构简单、操作稳定，但从气体并流换热的特点出发，能起到冷管作用的仅是外管，而内管只是担负了输送气体的任务。
单管并流合成塔，冷管的输气管和冷管的端部都连接在环管上，而冷管与输气管的气量和传热情况都不相同，前者的温度要高得多，如不考虑膨胀，当受热后，冷管与环管的连接部位会因热应力而断裂，使合成塔操作恶化甚至无法生产。
Lurgi 式合成塔，合成塔既是反应器也是废热锅炉，合成甲醇所产生的反应热由管外的沸腾水带走，管外沸腾水与汽包维持自然循环，汽包是那个装有压力的控制器，以维持恒定的压力，因此管外沸腾水的温度是恒定的，于是管内催化剂的温度也几乎是恒定的，因此当操作条件发生变化时（如循环机故障等），催化剂也没有超温的危险，仍然可以安全运转。
综合以上各甲醇合成塔的优缺点，选择Lurgi 式合成塔作为甲醇合成的设备。
二、方案说明Lurgi 式合成塔，合成塔既是反应器也是废热锅炉，列管中装填C306 型催化剂，合成气在列管中反应，合成甲醇所产生的反应热由管外的215℃，25 bar 的沸腾水带走。
冷却水的流量通过流量调节阀进行调整，以精确控制反应器的温度，使其符合工艺要求。
第二章：设计计算与校核一、工艺计算甲醇合成塔各物流流量和摩尔分率由前期采用Aspen Plus 软件进行的流程模拟计算得到。
1、合成塔主要工艺参数根据Aspen 模拟，进出甲醇合成塔的反应物和所生成物的物流表如下：上述反应所释放的反应热5167773kJ/h。
甲醇合成塔的设计
甲醇合成塔的设计 The manuscript was revised on the evening of 2021甲醇合成塔的设计Design of carbinol Synthetic Tower摘要：本文针对设备DN3400甲醇合成塔的设计要点进行了详细论述。
详细介绍了大直径不带法兰的立式列管固定床甲醇合成塔材料和加热方式的选择，以及各主要部件结构的设计特点。
Abstract: This text introduces the main point of designing de DN3400 carbinol synthetic tower, describes the section of material and heating method used to fabricate large diameter- non-flange, vertical pipe line carbinol synthetic tower. This text also explains the structure design character of the main components and parts.关键词：甲醇合成塔；工作原理；结构设计特点Key Words: Carbinol synthetic tower working theory structure design character1．引言甲醇工业始20世纪初，到20世纪60年代，甲醇工业取得重大进展。
1966年英国ICI公司首先推出了低压甲醇合成工艺—ICI工艺，此为低压法生产甲醇的开端。
所有中、低压法甲醇装置工艺过程类似，在压力为~、温度205℃~275℃操作。
各种工艺的主要区别在于反应器的设计、反应热的移走及回收利用方式的不同，另外，所用的催化剂亦有差异。
国内低压甲醇装置建设始于20世纪70年代，最早引进的是ICI公司的冷激型低压甲醇合成塔装置，数量不多。
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甲醇合成塔设
计说明书
目录
第一章：设计方案的确定与说明- 3
一、设计方案的确定 (3)
二、方案说明 (3)
第二章：设计计算与校核 (4)
一、工艺计算 (4)
二、主要接管尺寸计算 (6)
三、合成塔的总体结构 (7)
第三章：设计计算结果 (9)
第一章：设计方案的确定与说明-
一、设计方案的确定
传统的甲醇合成塔主要有一下几种：①三管并流合成塔②单管并流合成塔③I.C.I四段冷激式合成塔④三菱瓦斯的四段冷激式合成塔⑤多段径向甲醇合成塔⑥Lurgi式甲醇合成⑦轴径向甲醇合成塔
三管并流合成塔,内件结构简单、操作稳定，但从气体并流换热的特点出发，能起到冷管作用的仅是外管，而内管只是担负了输送气体的任务。
单管并流合成塔，冷管的输气管和冷管的端部都连接在环管上，而冷管与输气管的气量和传热情况都不相同，前者的温度要高得多，如不考虑膨胀，当受热后，冷管与环管的连接部位会因热应力而断裂，使合成塔操作恶化甚至无法生产。
Lurgi式合成塔，合成塔既是反应器也是废热锅炉，合成甲醇所产生的反应热由管外的沸腾水带走，管外沸腾水与汽包维持自然循环，汽包是那个装有压力的控制器，以维持恒定的压力，因此管外沸腾水的温度是恒定的，于是管内催化剂的温度也几乎是恒定的，因此当操作条件发生变化时（如循环机故障等），催化剂也没有超温的危险，仍然可以安全运转。
综合以上各甲醇合成塔的优缺点，选择Lurgi式合成塔作为甲醇合成的设备。
二、方案说明
Lurgi式合成塔，合成塔既是反应器也是废热锅炉，列管中装填C306型催化剂，合成气在列管中反应，合成甲醇所产生的反应热由管外的215℃，25 bar 的沸腾水带走。
冷却水的流量通过流量调节阀进行调整，以精确控制反应器的温度，使其符合工艺要求。
第二章：设计计算与校核
一、工艺计算
甲醇合成塔各物流流量和摩尔分率由前期采用Aspen Plus 软件进行的流程模拟计算得到。
1、合成塔主要工艺参数
根据Aspen模拟，进出甲醇合成塔的反应物和所生成物的物流表如下：
上述反应所释放的反应热5167773kJ/h。
进入合成塔的热水温度215o C，出口225o C，水流量2800KG／H。
2.合成塔中反应管的设计选型
(1) 反应管选用无缝不锈钢管，材料为0Cr19Ni9
取管长l = 5.8m,内径r = 34mm,外径R = 38mm,壁厚d = 2mm
每根反应管的外侧面积s = 0.619522 ㎡,容积V1 = 0.005266 m3
(2)选用催化剂为C306型，时空效率为1.2 g/(ml.h)
由流程模拟计算得甲醇的质量流量为4852 kg/h ,
所需要的催化剂体积为V2 = 4852000 ÷1.2 = 4042972 ml = 4.0 4m3所需反应反应管数量为N1＝768 （根）
(3)传热计算校核
①计算总传热系数
Dm=36mm D内=34mm D外=38mm
α
内=3117 kJ/(㎡·h·℃) α
外
=3561 kJ/(㎡·h·℃) δ=3 λ=64.85 Rd=0.00012
K=1/( Dm ÷(α内×D内) + Dm ÷(α外×D外) +δ÷λ+ Rd)
K = 1333 kg/（㎡·h·℃）
②从流程模拟计算知道，
Q = 5167773 kJ/h
反应物进入塔内的温度为t01 = 230℃，生成物出塔的温度为t02 = 250℃，
循环冷却水进入塔的温度为t11 = 215℃，出塔温度为t12 = 225℃
所以，△t m = (（t01-t11）+(t02-t12))/2 = 20℃
换热面积F = Q÷(K×△t m)= 193.8399 ㎡
N2= F÷s = 180 (根)
少于通过催化剂时空效率计算得出的反应管数量768根，故换热面积足够。
（4）反应管的排列
考虑到等边三角形排列的优点：管板的强度高、流体走短路的机会少、对流传热系数高、相同壳程内可排列更多的反应管，本合成塔采用等边三角形排列。
排列间距t = 1.5 R = 0.057 m
3、塔径的计算：
由《流体力学与传热》中的公式，D = t ×(ne - 1) + 2b ’计算壳体的内径。
管中心距t = 1.5d0 = 0.057m
管束中心线上最外层管的中心至壳体内壁的距离b ’= 0.5d0 = 0.057 m 横过管束中心线的管数ne = 1.1×3N = 29 D = 0.057×(27-1) + 2×0.057 = 1.71 m
二、主要接管尺寸计算
1 合成气进气口管径 Q m = 68121.11 kg/h u =20 m/s
d 1 = 18.8×u q v ÷= 1097 mm
2 甲醇出口管径 q m = 68121.15 kg/h u =20 m/s
d2 = 18.8×u q v ÷ = 1097 mm
3 循环冷却水进口管径 q v = 3.579583 m3/h u =1.2 m/s
d 1 = 18.8×u q v ÷ = 32 mm
4 循环冷却水出口管径
q m = 2800 kg/h
u =20m/s
d1 = 18.8×u
q
= 222mm
v
三、合成塔的总体结构
1.合成塔封头的设计
采用不锈钢0Cr19Ni9
采用半球形封头。
内径1710 mm .
壁厚计算：
计算压力Pc = 2.5Mpa
Di = 1710 mm
焊接接头系数φ取1.0
设计温度为250℃，在该温度下，根据JB/T4735-97标准，δt=90 Mpa 由公式δt = Pc×Di÷((4×δt×φ)-Pc)得，
δt =2.5×1710÷（4×90×1.0-2.5）=11.9mm
圆整后，取封头的壁厚δn=12 mm
2.合成塔圆筒壁厚的计算
采用不锈钢0Cr19Ni9
计算压力P c = 2.5Mpa
D i = 1710 mm
焊接接头系数φ取1.0
设计温度为250℃，在该温度下，根据JB/T4735-97标准，δt=90 Mpa 由公式δt = Pc×Di/((2×δt×φ)-Pc)得，
δt =2.5×1710/（2×90×1.0-2.5）=24.0 mm
查表得钢板负偏差C1= 0.8，腐蚀裕量C2 = 0,故壁厚附加量C= C1+C2=0.8
所以，设计厚度δd=δ+ C2=24.0 mm
在设计厚度的基础上，考虑钢板的负偏差C1后，向上圆整到钢板的标准厚度，即容器的名义厚度，以δn表示，δn = 25 mm
有效厚度δe = δn-C=24.2 mm
应力校核，δt’=Pc(Di+δe) /(2 ×δe) =89.6 Mpa≤δt , 符合要求。
因此，圆筒壁厚取25mm.
3.合成塔的支座的设计
采用不锈钢0Cr19Ni9
选用群是圆筒支座，内径R1 = 1710 mm
高度1800mm
壁厚10mm
4.合成塔高度计算
管程排气管高度，取100mm
群座高度1800mm
筒体高度5800+354×2 = 6508 mm
两个半球形封头总高度（855+ 12）×2= 1734 mm
全塔总高= 100+1800+6508+1734 =10142 mm =10.142 m
第三章：设计计算结果
项目合成塔圆筒合成塔封头裙式支座内径（mm）1710 1710 1710
高度（mm）5800 867 1800
壁厚（mm）25 12 10
项目反应管
内径（mm）34
外径（mm）38
长度（mm）5800
项目反应物进料
管生成物出口
管
循环冷却水进
口管
循环冷却水出
口管
内径（mm）1097 1097 32 222 项目管程排气管全塔总高度高度（mm）100 10142。